李俊杰
(西山煤電(集團)公司 地質(zhì)處,山西 太原 030053)
二疊系山西組8#煤層為斜溝礦全區(qū)穩(wěn)定可采煤層,平均厚度約4.87 m,采煤方法為綜采一次采全高。鑒于《建筑物水體鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》中導(dǎo)水裂縫帶經(jīng)驗公式具一定的適用局限性,不能真實反映綜采一次采全高條件下頂?shù)装濉叭龓А卑l(fā)育規(guī)律,為更準確地獲得斜溝礦8#煤開采時頂?shù)装濉叭龓А卑l(fā)育情況,本次運用鉆孔壓水試驗與現(xiàn)場瞬變電磁探測的方法對該礦8#煤頂?shù)装濉叭龓А卑l(fā)育規(guī)律進行了研究,以期為礦井安全開采提供可靠的理論依據(jù)。
試驗采用井下仰(俯)孔壓水試驗法,試驗通過工作面外圍巷道向工作面內(nèi)斜上方打小口徑仰斜鉆孔。鉆孔設(shè)計不僅穿過預(yù)計的覆巖破壞范圍,同時要超過預(yù)計導(dǎo)水裂縫帶頂界高度。鉆孔中各段漏失量變化情況的測定,使用雙端堵水器進行逐段封隔注水,依據(jù)測定情況確定上覆巖層破壞規(guī)律。本次現(xiàn)場探測選擇18101和18102兩個回采工作面。
18101工作面布置2個觀測孔,分別進行頂、底板“三帶”觀測。其中,頂板“三帶”觀測鉆孔由側(cè)幫斜向上43°穿入18101工作面采空區(qū)上方,預(yù)計孔深110 m。底板鉆孔由側(cè)幫斜向下14°穿入18101工作面采空區(qū)下方,預(yù)計孔深135 m。18102頂板“三帶”鉆孔由側(cè)幫斜向上41°穿入18102工作面采空區(qū)上方,預(yù)計孔深140 m,底板“三帶”觀測鉆孔由側(cè)幫斜向下10°穿入18102工作面采空區(qū)下方,預(yù)計孔深158 m。
18101工作面底板觀測孔的壓水試驗情況見表1。
表1 18101工作面底板觀測鉆孔施工記錄表
由表1可知,當(dāng)鉆孔深度低于131 m時,壓水流量能保持一個較高的數(shù)值;當(dāng)鉆孔深度135 m時,壓水流量突然降低,即使增加水壓,效果也不明顯。因此,可以判定,當(dāng)鉆孔深度小于131 m時,底板處于導(dǎo)水破壞帶,而鉆孔深度大于131 m時,底板進入完整巖層帶。根據(jù)鉆探和壓水試驗結(jié)果,確定試驗孔處18101工作面8#煤底板采動破壞帶大約在孔深131 m左右,即底板采動破壞深度31.7 m。
18102工作面底板觀測孔的壓水試驗情況見表2。
表2 18102工作面底板觀測鉆孔施工記錄表
當(dāng)鉆孔深度低于124 m時,壓水流量能保持一個較高的數(shù)值;當(dāng)鉆孔深度131 m時,壓水流量突然降低,增加水壓后流量變化不明顯。因此,當(dāng)鉆孔深度小于124 m時,底板處于導(dǎo)水破壞帶,而鉆孔深度大于131 m時,底板進入完整巖層帶。根據(jù)鉆探和壓水試驗結(jié)果,確定試驗孔處18102工作面8#煤底板采動破壞帶大約在孔深131 m左右,即底板采動破壞深度32 m。
1) 18101工作面頂板鉆孔漏失量觀測。
18101觀測鉆孔漏失量記錄情況見表3。
當(dāng)鉆孔鉆到30 m時,孔內(nèi)反水突然減小,可以判斷從孔深30 m進入冒落帶。鉆至45 m處,孔內(nèi)無反水,繼續(xù)鉆進到60 m時,壓水流量明顯減小為0.98 m3/h。分析鉆孔已經(jīng)穿過冒落帶進入裂隙帶,冒落帶的最大高度在鉆孔深度45 m處。
壓水時,水壓、水量隨鉆進深度的變化特征與實際導(dǎo)水裂縫帶的裂隙發(fā)育特征也是一致的。試驗孔是由下向上鉆進,即由煤層向頂板覆巖方向鉆進。在導(dǎo)水裂縫帶孔段,裂隙規(guī)模大小、延伸長度、連通性應(yīng)是逐漸減小。因而,隨鉆進深度的增加,壓入的水量逐漸減小,而壓水壓力則越來越大。根據(jù)鉆探和壓水試驗結(jié)果,確定18101工作面試驗孔處8#煤覆巖冒落帶大約在孔深30~45 m,即冒落帶最大高度30.7 m,45~88 m段為裂縫帶,還可能繼續(xù)向上發(fā)育,此時裂縫帶垂直高度達到29.3 m。
表3 18101工作面觀測鉆孔漏失量記錄表
2) 18102工作面頂板鉆孔漏失量觀測。
在施工18101工作面頂板鉆孔過程中,冒落帶高度較大,很難施工。將18102工作面頂?shù)装逵^測鉆孔的設(shè)計參數(shù)進行了相應(yīng)修改,設(shè)計18102工作面頂板鉆孔仰角41°。鉆孔壓水試驗見表4。
表4 18102工作面鉆孔漏失量觀測記錄表
由表4可知,壓水試驗時,鉆孔內(nèi)水量、水壓變化特征為:鉆孔深度15.2~45.7 m,壓水流量為0.5~0.65 m3/h;鉆孔深度45.7~110 m,壓水時壓水流量為0.65~0.87 m3/h,水壓總體表現(xiàn)為隨鉆進深度增加水壓緩慢增加的特征,其值為1 MPa;而水量總體表現(xiàn)則相反,隨鉆進深度增加水量逐漸減小,變化范圍在0.87~0.83 m3/h。鉆孔深度至114 m,水壓相對減小至0.71 m3/h,至115 m時壓水流量減小到0.07 m3/h。說明鉆孔圍巖裂隙驟然減小,因而判斷此時鉆孔已穿過導(dǎo)水裂縫帶,裂縫帶發(fā)育最大高度達到74.8 m。
在18115材料巷斜向上30°、45°、60°和斜向下15°、30°探測18101工作面采空區(qū)。18101工作面采空區(qū)上方頂板的瞬變電磁探測結(jié)果見圖1,2,3。
圖1 斜上60°視電阻率色譜圖
圖2 斜上30°視電阻率色譜圖
圖3 斜上45°視電阻率色譜圖
由圖1可見,45°視電阻率色譜圖大約在55~105 m處為高阻區(qū),即在垂直距離上約為47.6~90.9 m。45°剖面圖中,大約在65~105 m處為高阻區(qū),即在垂直距離上約為45.9~74 m。由圖2可見,大約在70~105 m處為高阻區(qū),即在垂直距離上約為35~52.5 m。在35 m處即已揭露冒落帶。通過圖1,2,3可以看出,在其終端存在一個高阻區(qū)域,3個圖上的垂直距離分別為90.9 m、74 m和52.5 m。18101工作面頂板導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度在35~90.9 m。
底板的瞬變電磁探測結(jié)果見圖4,5。
圖4 斜下15°視電阻率色譜圖
圖5 斜下30°視電阻率色譜圖
在打鉆過程中鉆孔出現(xiàn)反水,說明在18101采空區(qū)有一定積水。當(dāng)鉆孔打到破壞帶以后,采空區(qū)積水流出。由于采空區(qū)積水深入到破壞帶,使得底板破壞帶的視電阻率較小,顯示為低阻區(qū)域。由圖4可見,深度在30~95 m處為低阻區(qū),即在垂直距離上約為7.76~24.5 m。由圖5可見,深度在25~70 m處為低阻區(qū),即在垂直距離上約為12.5~35 m。通過以上分析可以看出,18101工作面的底板最大破壞深度為35 m。
在南翼回風(fēng)大巷斜向上15°、30°、60°和斜向下10°、30°探測18102工作面采空區(qū)。18102工作面采空區(qū)頂板瞬變電探測結(jié)果見圖6,7,8。
圖7 斜上30°視電阻率色譜圖
圖8 斜上15°視電阻率色譜圖
由圖6可見,深度大約在0~105 m處為高阻區(qū),即在垂直距離上0~90.9 m,此處有一完整的高阻帶,高阻中心區(qū)的最大高度約為75.3 m左右。由圖7可見,深度在0~105 m處為高阻區(qū),即在垂直距離上約為0~52.5 m,高阻區(qū)域有進一步向上擴展空間。從圖8可見,深度在0~105 m處為高阻區(qū),即在垂直距離上約為0~27.2 m??偟膩碚f,垂向上有一個明顯的高阻區(qū)域。在橫向上存在1條電阻率為6~8 Ω·m的近似高阻條帶,相對穩(wěn)定,由于巖體冒落帶中不存在頂板水的分布,因此,高阻中心分布線可能為冒落帶與裂隙帶的分界線。該線的垂直高度大概為30 m。圖6~8中該線的垂直高度分別為34.6 m、27.5 m和15.5 m。所以,TEM探測的垮落帶最大高度為34.6 m。確定瞬變電磁探測的18102工作面頂板冒落帶最大高度34.6 m,導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度為75.3 m。
18102底板瞬變電探測結(jié)果見圖9,10。
由圖9可以看出,深度在30~95 m處為低阻區(qū),即在垂直距離上約為5.2~16.4 m。此段距離可能由于存在采空區(qū)少量積水導(dǎo)致視電阻率值較低。由圖10可以看出,當(dāng)鉆孔深度大約在0~70 m處為高阻區(qū),即在垂直距離上約為0~35 m。比較圖9,10視電阻率高阻區(qū)和低阻區(qū),結(jié)合18101工作面底板的視電阻率分析可知,18102工作面采空區(qū)積水沒有完全滲透到底板破壞帶中,底板破壞帶在垂向上可能不是很連續(xù)。通過以上分析可以看出,18102工作面的底板最大破壞深度為35 m。
圖9 斜下10°視電阻率色譜圖
圖10 斜下30°視電阻率色譜圖
采用井下仰(俯)孔壓水試驗法對斜溝礦8#煤18101、18102工作面進行頂?shù)装濉叭龓А碧綔y。18101工作面開采導(dǎo)致8#煤覆巖冒落帶高度30.7 m,底板破壞深度31.7 m;18102工作面開采導(dǎo)致8#煤覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度74.8 m,底板破壞深度32 m。瞬變電磁探測8#煤頂?shù)装逡曤娮杪是闆r與鉆孔實測的結(jié)果基本相吻合。
綜合確定18101工作面頂板冒落帶高度30.7 m,導(dǎo)水裂隙帶高度70 m,底板破壞帶深度31 m;18102工作面冒落帶高度32 m,導(dǎo)水裂隙帶高度74.8 m,底板破壞帶深度32 m。該數(shù)值對斜溝礦8#煤開采中頂?shù)装濉叭龓А鳖A(yù)測與礦井防治水安全評價具有一定的借鑒意義。
參 考 文 獻
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